Caractérisation des panaches et des flux hydrothermaux par l’analyse in situ des gaz dissous – Implications sur les cycles bigéochimiques, les ressources minérales et les études d’impact. – HOTPLUME

La production naturelle de gaz (hydrogène (H2), méthane (CH4), dioxyde de carbone (CO2), hydrogène sulfuré (H2S), alcanes légers) dans l’Océan Profond suscite le plus grand intérêt parmi les chercheurs, les gouvernements et au sein de la communauté industrielle. Les gaz dissous émis au niveau des sources profondes représentent en effet une source d’énergie potentiellement durable et renouvelable, surtout si l’on considère une probable pénurie de pétrole dans les 20 prochaines années. Néanmoins, avant d’envisager une exploitation industrielle de ces « nouvelles » ressources, il est nécessaire de mieux comprendre les processus biogéochimiques en jeu ainsi que leur variabilité dans le temps et dans l’espace. Ceci, non seulement afin d’évaluer leur valeur économique, mais aussi afin d’estimer les effets de l’exploitation minière des grands fonds océaniques sur les grands cycles biogéochimiques et les écosystèmes d’environnement profond. Les gaz sont produits naturellement à l’échelle globale, le long des dorsales médio-océaniques et des zones de subduction, partout où de l’eau de mer circule dans la croûte océanique à proximité d’une source de chaleur, c’est-à-dire au cours de la circulation hydrothermale. Aujourd’hui, seulement 10% des dorsales dans le monde ont été systématiquement explorés, laissant une grande partie inconnue.
Le but du projet HOTPLUME est de contribuer à la compréhension de la dynamique spatiale et temporelle des systèmes hydrothermaux profonds, et de déterminer l’importance des gaz hydrothermaux en termes de « ressources minérales » et de leur degré d’implications dans les grands cycles biogéochimiques. HOTPLUME se focalise en premier lieu sur les panaches hydrothermaux qui sont générés dans la colonne d’eau à l’évent des sources de fluides. Non seulement les panaches représentent le meilleur outil pour détecter et localiser des sources hydrothermales sur le plancher océanique, mais ils sont aussi la meilleure approche pour étudier l’impact de la circulation hydrothermale à l’échelle globale dans la mesure où ils sont des vecteurs de dispersions horizontale et verticale des espèces chimiques. La dispersion dépend d’un certain nombre de paramètres tels que la concentration initiale dans le fluide, la vélocité verticale, les caractéristiques des masses d’eau et de la nature des courants océaniques. Cependant, la connaissance de la composition chimique des panaches ne repose que sur un échantillonnage discret et ponctuel, ce qui oblige à émettre beaucoup d’hypothèses sur la dynamique et les flux de gaz dissous, dès lors qu’un tel échantillonnage ne peut prendre en compte l’extrême variabilité des systèmes hydrothermaux.
Au cours des 10 dernières années, le besoin en outil d’exploration des fonds océaniques sur de grandes distances a mené au développement de plateformes sous-marines autonomes tels que les AUV. Associés à des capteurs chimiques in situ adéquates, ils permettent non seulement de détecter avec beaucoup de précisions la présence d’une activité hydrothermale, mais également de mesurer les flux dans les panaches ascendants et stagnants, et de cartographier la distribution des gaz dans le panache. HOTPLUME profite du développement de ces nouveaux engins afin de déployer un spectromètre de masse in situ – le premier dans la communauté française – avec les objectifs i) de contribuer aux programmes d’exploration hydrothermale français aux échelles régionales et locales, ii) de quantifier les concentrations et les flux de gaz en se basant sur des données haute-résolution ainsi que sur un échantillonnage plus discret et iii) de déterminer les processus chimiques, physiques et éventuellement biologiques contrôlant le comportement et le devenir des gaz dissous dans les panaches. Au final, le principal aboutissement de ce travail sera dans l’utilisation de données à haute résolution de temps et d’espace pour mieux comprendre le rôle des systèmes hydrothermaux dans les cycles biogéochimiques.